JPS6218429A - セラミツクフアイバ−複合プラスチツク成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、優ｎｆＩ：、機械的特性、寸法安定性、表面
平滑性、摺動特性、着色性などケ有するセラミックファ
イバー複合プラスチック成形体の製造方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来プラスチックに、ガラス繊維、チクン酸カリウム繊
維、炭酸繊維、炭酸カルシウム、Ｖ＋）ｆＪ、炭酸マグ
ネシウム、マイカ、ガラスピーズ、アルミナ繊維、炭化
ケイ素繊維など種々の無機質肴料を充填し、そのプラス
チック成形品の強度、寸法安定性、などの向上をはかる
ことはよく知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、ガラス繊維は、安価な繊維状充填材として最も
広く使われているが、通常その繊維径が６〜１６μと太
く、配向し易いためにガラス繊維充填プラスチックは表
面平滑性に欠け、摺動特性が悪くなり、またｈｚ形収縮
に方向性が出るなどの問題点がある。ガラス繊維の中に
も特殊なものとして繊維径が０．７〜３μと細いものが
あり、これによれば前述のガラス繊維充填プラスチック
の問題点は解決されるが、このものは極めて高価である
という欠点がある。

アルミナ？ｌｉには、アルミナ系とムライト系とがあり
、繊維径が３μ程度の短繊維と９〜１１μの沖続長繊維
がある。繊、Ｗ径が３μ程度の短繊維は断熱材として開
発されたものであり、それ自身の強度が小さく樹脂との
混練、成形時に繊維の折れが激しく充填材としては適し
ないものである。

絨干１「径９〜１１μの艮繊維は、耐熱性があり、高強
度、高弾性率を有し補強材として開発されたものである
が、それ自体極めて高価であるという欠点以外に繊維が
太いために通常のガラス繊維と同様な問題点がある。

炭化り“イ素繊維は、耐熱性があり、高強度で高弾性率
を有する補強繊維であるが、それ自体極めて高価である
という欠点以外に繊維が１０〜１５μと太いために通常
のガラス繊維と同様な問題点がある。

＃素繊維は、高強度で高弾性率を有する補強材として広
く使われているが、それ自体高価であるという欠点以外
に複合強化プラスチックに色彩を施すことが出来ないと
いう問題点がある。

チタン酸力ＩＪｍ、ＩｆＩは、繊維強度、弾性率に優れ
、繊維径が０．１〜０３μと極めて細いために繊維強化
プラスチックは機械的強度が高く、表面平滑性、摺動特
性に優れ、成形収縮に方向性がないなど補強材として極
めて優れた性質を有するが、それ自体が非常に高価であ
るという欠点以外に着色性が悪いという問題点がある。

また、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、マイカ、ガ
ラスピーズなどの非繊維状の材料を充填したものは機械
的強度が劣るという欠点があった。

〔間顧点を解決するだめの手段〕

本発明は前記従来技術が有する欠点、すなわち表面平滑
性、寸法安定性、機械的強度、摺動特性、着色性などを
改善した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を提供するこ
とを目的とし、特許請求の範囲記載のセラミックファイ
バー複合プラスチック成形体の製造方法を提供すること
により前記目的全達成するものである。

セラミックファイバーは、一般に晶純度のシリカとアル
ミナのほぼ等量を電電溶融し、その細流全高圧の空気で
吹き飛ばすことにより繊維化したもので、このＩＪ＆ｍ
は２ＱＯ〜３００℃で軟化するガラス繊維と異なり８５
０℃以上にならなければ結晶化せず、１０００℃以上の
高温に１酎える優れた１ｌｌｉｔ火性を有する。またｍ
維の太さは大部分が０．１〜６μの範囲内に分布してお
り、その平均は２μ前後という極めて細いという特徴を
有する繊維である。

繊維の太さは拙いほどプラスチックに充填した際、表面
平滑性、摺動特性が向上することがらセラミックファイ
バーに含まれる太い俄ｍを除去し、大部分が０１〜４．
０μの範囲内に分布させることが好ましい。

また、上記細流を繊維化する際には、ＩＲｆｆｉｌＦ化
されないショット、繊維の先端にくっついて残りている
シ５．フト、さらに繊維の先端から折れ１ｉｉＩ脱した
ショットなどが生じる。このショットの大きさは最初か
ら繊維化されないものは一般に粗大で、１５０μ以上の
拉ｆ予ケ有するものが多い。ｆた繊維の先端もしくは、
これから離脱したものは一般に微細で４４〜１００μ程
度のものが多くこれらがショットの大半を占める。上記
方法により製造されたセラミックファイバーには通常粒
径４４μ以上のシ３．−）トが５０％程度含まれており
、これがセラミックファイバーのもう一つの特徴である
。

シロットは主として球状であるため、プラスチックの補
強には何ら寄与せず、また、粗大なものは表面の平滑性
を損なうなど悪影響を及ぼすが、反面、成形品の収縮に
おける方向性を減少させるという効果も有する。このよ
うなことから、セラミックファイバーに含まれる粒径４
４μ以ｋＤショットの量は２０％以下であることが好ま
しく、粗大なショットを取り除き、含まれるシヨ１．ト
の大きさが１５０μ以下であることが好ましい。

本発明に用いる繊維径が大部分０．１〜４．０μの範囲
内にあり、シワ１．ト含有率が２０％以下のセラミック
ファイバーを得る方法について説明する。

市販のセラミックファイバーを水中に投入し攪拌してセ
ラミックファイバーのスラリーを作成する。次にこのス
ラリーを円筒容器に徐々に導くと同時に、この容器の側
壁より加圧水を送り込み、うす流全発生させ、そのうす
流の中でセラミックファイバーをほぐしショットを分離
する。絡みがほぐきれたセラミックファイバーのスラリ
ーをつず流の中心部から順次、流出させ移動しているエ
ンドレスのスクリーン上に導＠繊維ト捕ｍする。

このようにして得られたセラミックファイバーは例えば
粒径４４μ以上のショット含有率が１８％で繊ｍｕが０
．１〜３．５μの範囲内にあり平均１．６μである。あ
るいはまた、粒径４４μ以上のンロｌト含有率が１１％
で、繊維径が０１〜３．０μの範囲内にあり平均１．３
μである。

次に本発明に用いるセラミックファイバーの畏さについ
て説明する。セラミックファイバーは、粉状に近いもの
から２５０朋程度の長さのものまで含まれており、種々
の長さのｕ！ｉ維の集合である。

セラミックファイバーの長さは、プラスナックの機械的
強度に大きく影響し、畏い方が温域的強度は向上するが
、侵すざるとプラスチックとの均一混合性、分散性が低
重するので５００μ以下にすることが望ましくハ。より
好適な繊維の長さとしては平均長さが５０〜１５０μの
範囲である。

本発明に用いる繊維艮が０．１〜５００μのｊ範囲内に
あるセラミックファイバーを得る方法について説明する
。

市販のセラミックファイバーを結合剤を使用せずにマプ
ト、ブランケットあるいはシート状に成形する。次にこ
の成形体をローラー又は平板の間に挿入しフ”Ｖスする
ことによりセラミックファイバーの繊維を切断する。こ
のようにして得られたセラミックファイバーは、例えば
繊維長が０．１〜５００μの範囲内にあり平均１２５μ
である。

さらに、本発明に用いるセラミックファイバーは、シラ
ンカップリング剤により処理することが有季υである。

これは、セラミックファイバーとフ。

ラスチックとの＠層性を良くするためであり、シランカ
ップリング剤で表面処理されたセラミックファイバーを
充填したプラスチックは、未処理のセラミックファイバ
ーを充填したものより機械的強度が優れる。

本発明に用いるセラミックファイバーのシランカッフ”
リング剤による処理方法について説明する。

水又は少量の水を含む有機溶媒にシランカップリング剤
を投入、充分攪拌し溶解させ加水分解する。このｆ８ｆ
＆中にセラミックファイバーを投入シ、充分浸した後、
濾過し水又は有機溶媒を除き１００〜１３０”Ｃの温度
範囲内で乾燥する。このシランカップリング剤による処
理は、シｇットは径の太い繊維を取り除く前、あるいは
プレスにより繊維の伎さを調整せしめる前又は後のいず
れの時点で行な。でも艮い。

次に、本発明に用いるプラスチックについて説明する。

本発明に用いるプラスチックとしては、エポキシ、フェ
ノ−７し、ユリア、メラミン、不飽和ポリエステル、ジ
アリルフタレート、シリコーン、ポリウレタン、塩化ビ
ニル、ポリビニルアｌレコール、ポリエチレン、ホリプ
ロビＶン、アｌレキｌレニトリルスチレン共重合体、ア
ルキルニトリＩＶブタジェンスチレン共重合体、メタグ
リル、ポリスチレン、ポリブチレンチレフクレート、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリフェニＶンオキサイド
。

ポリカーホネート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリア
セタール、ポリスチレンテレフタレート、ポリエーテル
サルホン、ボリフエニレンサＭファイド、ポリイミド、
ボリエーテ〃エーテＩレケトン、４フワ化エチレン、３
フ・化エチレンなどが有利である。

次に本発明においてグラスチックに充填するセラミック
ファイバ−の量を限定する理由を説明する。セラミック
ファイバーの充填量が５ｖｔ％未満でンゴ淘合プラスチ
ックの機械的強度が不足し、６０　ｗｔ％を越えると耐
衝撃性、表面平滑性、摺動特性、及び成形性などが低下
するためにセラミックファイバーの充填量は５〜００ｗ
ｔ％の範囲内にする必要がある。

次にセラミックファイバーとプラスチックを混合、混練
し、成形する方法について例示するうまず、Ｐ可塑性の
プラスチックの場合にはチップ状又は粉末状のプラスチ
ック原料とセラミックファイバーをあらかじめ混合し、
この混合原料を押出し成形機に投入し、プラスチックを
溶融しながらセラミックファイバーと混練する。十分混
練した後、上記プラスチックとセラミックファイバーの
混練物を押出機より押出し、セラミックファイバー複合
プラスチックのベレ、トを得る。次にこのベレ、トヲ原
料にして射出成形により所定形状のセラミックファイバ
ー複合プラスチック成形体を得る。

一方、熱硬化性のプラスチックの場合には、溶液状のプ
ラスチック原料をセラミックファイバーのマット、ブラ
ンケット、シート状物などに含浸した後熱プレスを施し
所定形状に成形するか、あるいは、Ｍ液状のプラスチッ
ク原料中にセラミックファイバーを投入し混練した後、
射出成形ＶＣより所定形状のセラミックファイバー複合
プラスチック戎形体を得る。

〔作用訃よび効果〕

本発明の製造方法によって得られるセラミックファイバ
ー複合フ”ラスチック成形体は、上記のような各種特性
を有するセラミックファイバーを充填したプラスチック
であり、以下に示す作用および効果を有する。

まず、セラミックファイバーは繊維の直径が極めて細い
ために、これ全充填することに工す得られるプラスチッ
ク成形体は、表面平滑性および摺動特性が優れ、また着
色性にも優れている。

次に、セラミックファイバーは、シ９．フトが混入して
いるのと、繊ｍｆ’ｋが細いために成形時の繊維の配向
性が小さく、成形収縮の方向性及び収縮率が小さいので
充填成形品の反りなどが極めて小さい。

サラに、セラミックファイバーは、その機械的強度が、
引張り強度１６０　ｋｆｌ／ｌｄ、引張り弾性率５４０
０Ｉｃｇ／−と大きく、しかも繊維径が細いために成形
中の折れが少なく、また折れてもアスペクト比が大きい
ために、これを充填することにより得られるプラスチッ
ク成形体は高い機械的強度を有する。

〔実施例〕

次に本発明を実施例について説明する。

実施例１ 市［のセラミックファイバーヲ０．５％のアミノシラン
水溶液中に浸し、濾過分離した後１３０”Ｏで乾燥しセ
ラミックファイバーの表面をアミノシランカップリング
剤で被穆する。次にこれを水中に投入しスラリーとなし
、前記スラリーを円筒容器に徐々に導くと同時にこの容
器の側壁より加圧水を送り込み、うす流を発生させ、そ
のうす流の中で繊維の絡みをほぐすと同時にシッフト及
び径の太い繊維を分離し、乾燥した後ローラープレスに
より粉砕する。このようにして得られた、表面がアミノ
シラン系カッ７°リング剤で被覆された繊維径が大部分
０．１〜４μの範囲内にあり平均１．６μ、繊維長が大
部分０．１〜５００μの範囲内にあり平均１２５μ、シ
ョット含有率が１８％のセラミックファイバーとナイロ
ン６樹脂ベレ、、、　トを第１表に示すような割合にな
るよう配合し押出機にて混合、混練した後、射出成形し
セラミックファイバー複合プラスチック成形体を得た。

実施例２ 実施例１と同様の方法により得られた、表面がアミノシ
ラン系カップリング剤で被覆された繊維径が大部分０．
１〜３．０μの範囲内にあり、平均１．３μ、繊維長が
大部分０．１〜５００μの範囲内にあり平均１２５μ、
ショット含有率が１１ｑｌ）のセラミックファイバーと
アセタールコポリマーのベレットを第１表に示すような
割合になるよう配合し実施例１と同様の方法にて成形し
セラミックファイバー複合プラスチック成形体を得た。

実施例３ 市販のセラミックファイバーを平板フ”レスにより粉砕
し、繊維径が大部分０．１〜６μの範囲内にあり平均２
．０μ、繊維長が大部分０．１〜５００μの範囲内にあ
り平均１２５μ、シヨ・フト含有率が４８％のセラミッ
クファイバーとポリフェニレンオキサイド樹脂のベレ、
ットを第１表に示すような割合になるよう配合し実施例
１と同様の方法にて成形しセラミックファイバー複合プ
ラスチック成形体を得たー 実施例４ 実施例１と同様の方法により得られた表面がアミノシラ
ン系カッフ゛リング剤で被覆された繊維径が大部分０．
１〜６μの範囲内にあり平均１．６μ、繊維長が大部分
０．１〜５００μの範囲内にあり平均１２５μ、ショッ
ト含有率１８％のセラミックファイバーとポリブ千しン
テレ！グレート樹脂のベレットを第１表に示すような割
合になるよう配合し実施例１と同様の方法にて成形しセ
ラミックファイバー複合プラスチック成形体を得た。

実施例５ 実施例１と同様の方法により得られた表面がアミノシラ
ン系カフフ゛リング剤で被覆された＊　維ｇが大部分０
．１〜３μの範囲内にあり平均１．３μ、繊維長が大部
分０．１〜５００μの範囲内にあり平均１２５μ、ショ
ット含有率１１％のセラミックファイバーとポリカーポ
二も一ト樹脂のベレノトヲ第１表に示すような割合にな
るよう配合し実施例１と同様の方法にて成形しセラミッ
クファイバー複合プラスチック成形体を得た。

上記実施例１〜５のセラミックファイバー充填プラスチ
ック成形体について、以下に示す物性評価試験を実施し
、その結果を第１表に示した。

引張強度　　ＡＳＴＭ　Ｄ　　６３８ 曲げ弾性率　ＡＳＴＭ　Ｄ　　７９０ 衝撃強度　　ＡＳＴＭ　Ｄ　　２５６ 第１表 以上のように、セラミックファイバーハ、プラスチック
との複合により優れた補強効果を有するため、本発明の
製造方法により得られるセラミックファイバー複合プラ
スチック成形体は、筒い機械的強度を有し、しかも表面
平滑性が優れ、成形収縮の方向性が小さいため種々の機
械、装置のハウジング、精密機械部品等に好適である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックファイバーをプレスにより粉砕して繊維
   の長さを調整せしめてセラミックファイバー充填材料と
   し、前記セラミックファイバー充填材料５〜６０ｗｔ％
   、残部プラスチック材料を混合し、成形することを特徴
   とするセラミックファイバー複合プラスチック成形体の
   製造方法。 ２、セラミックファイバーをプレスにより粉砕して、大
   部分の繊維の長さが０．１〜５００μの範囲内になるよ
   う繊維の長さを調整することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のセラミックファイバー複合プラスチック
   成形体の製造方法。 ３、セラミックファイバーをシランカップリング剤の水
   溶液又は有機溶媒溶液中に浸し、濾過分離した後、１０
   ０〜１３０℃の温度範囲内で乾燥し、プレスにより粉砕
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載のセラミックファイバー複合プラスチック成形体
   の製造方法。 ４、セラミックファイバーを水に分散せしめてスラリー
   となし、前記スラリーをうず流となして遠心力により径
   の太い繊維を分離、除去せしめ、プレスにより粉砕して
   大部分の繊維の径を０．１〜４μの範囲内にすることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のセ
   ラミックファイバー複合プラスチック成形体の製造方法
   。 ５、セラミックファイバーをプレスの前又は後で、シラ
   ンカップリング剤の水溶液又は有機溶媒溶液中に浸し、
   濾過分離した後、１００〜１３０℃の温度範囲内で乾燥
   することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のセラ
   ミックファイバー複合プラスチック成形体の製造方法。 ６、セラミックファイバーを水に分散せしめてスラリー
   となし、前記スラリーをうず流となして遠心力により大
   きなショットを分離、除去せしめ、プレスにより粉砕し
   てショット含有率を２０ｗｔ％以下とすることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のセラミッ
   クファイバー複合プラスチック成形体の製造方法。 ７、セラミックファイバーをプレスの前又は後で、シラ
   ンカップリング剤の水溶液又は有機溶媒溶液中に浸し、
   濾過分離した後、１００〜１３０℃の温度範囲内で乾燥
   することを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のセラ
   ミックファイバー複合プラスチック成形体の製造方法。 ８、セラミックファイバーを水に分散せしめてスラリー
   となし、前記スラリーをうず流となして遠心力により径
   の太い繊維及び大きなショットを分離、除去せしめ、プ
   レスにより粉砕して、大部分の繊維の径を０．１〜４μ
   の範囲内にし、かつショット含有率を２０ｗｔ％以下と
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載のセラミックファイバー複合プラスチック成形体
   の製造方法。 ９、セラミックファイバーをプレスの前又は後で、シラ
   ンカップリング剤の水溶液又は有機溶媒溶液中に浸し濾
   過分離した後、１００〜１３０℃の温度範囲内で乾燥す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のセラミ
   ックファイバー複合プラスチック成形体の製造方法。